Unsere 3D-Druck Technologien

Bei der Stereolithografie, auch bekannt unter der Abkürzung SLA (vom Englischen "stereolithograph apparatus") wird mithilfe eines UV-Lasers ein flüssiges Photopolymer (ein UV-empfindliches Harz) ausgehärtet, um daraus 3D-Modelle entstehen zu lassen. Das Harz verfestigt sich an der Stelle, auf der der ultraviolette Laserstrahl auftrifft. So wird das 3D-Teil Schicht für Schicht – auf Basis des digitalen 3D-Modells, das zuvor mit einem CAD-Programm erstellt wurde – aufgebaut. Das Ergebnis ist eine der hochwertigsten Oberflächen, die aktuell im 3D Druck möglich ist. Das Verfahren ist auch das älteste additive Fertigungsverfahren. Das Patent wurde bereits 1984 vom US-Physiker Chuck Hull angemeldet.

Ein Stereolithografie-Drucker ist aus den folgenden Elementen aufgebaut: ein Becken, das mit dem flüssigen Photopolymer gefüllt ist, eine Bauplattform bzw. "Aufzug", ein Sweeper (Auftragsarm), und der UV-Laser, dessen Strahl über Spiegel in X- und Y-Richtung gelenkt wird.

Der Laser tastet Ebene für Ebene die auszuhärtenden Stellen ab und sobald die Schicht fest ist, bewegt sich der Aufzug minimal auf der Z-Achse und der Sweeper verteilt das Photopolymer wieder gleichmäßig über der vorherigen Schicht. Nun wird die nächste Ebene gelasert, bis alle Schichten für das 3D-Objekt gebildet wurden.

Danach wird das gedruckte Teil von dem Überschuss an nichtverfestigtem Harz befreit – meist mit Hilfe eines Lösungsmittels (z.B. Isopropanol). Im Unterschied zu den anderen Verfahren (SLS, FDM, Multijet) muss der Prozess der Photopolymerisation nun noch abgeschlossen werden. Das passiert, indem das Objekt noch einmal mit UV-Licht nachbehandelt wird, damit das Material so fest wie möglich wird. Bei komplexeren Objekten sind bei SLA, ähnlich wie beim Schmelzschichtungsverfahren (FDM), Strukturen nötig, die feine oder fragile Details während des Druckvorgangs stützen. Bei der Nachbearbeitung werden diese Stützen wieder manuell entfernt.

Bei Bauteilen, die mit dem Stereolithografie-Verfahren hergestellten wurden, müssen Stützstrukturen entfernt werden. Vor dem Druck wird dabei darauf geachtet, dass die Menge der Stützstruktur so gering wie möglich gehalten wird und diese auf der Rückseite des Bauteils (dem Benutzer abgewandten Seite) angebracht wird. Beim reinen "Entfernen" der Stützstruktur verbleiben meist kleine Noppen am Bauteil. Je nach Wunsch des Kunden können diese durch Verschleifen entfernt werden. SLA-Bauteile eignen sich auch hervorragend für das spätere Lackieren. Hierfür werden die Bauteile abgeschliffen, grundiert und in Ihrer Wunschfarbe lackiert. Ebenso können bei der Verwendung des klaren Kunstharzes auch transparente Bauteile geschaffen werden. Um die größtmögliche Transparenz zu erreichen, werden die Modelle mehrmals nass abgeschliffen. Hierdurch haben Sie die Möglichkeit, innenliegende Kanäle im Bauteil sichtbar zu machen.

Bei der Stereolithografie sind im 3D-Druck durchsichtige Objekte möglich. Clear Resin (klares Harz) ist daher ideal für Einsatzbereiche, die Lichtdurchlässigkeit erfordern oder bei denen die Optik eine wichtige Rolle spielt.

Black, White und Grey Resin ist lichtundurchlässig und zeichnet sich vor allem durch seine matte Oberfläche und Detailtreue aus, die keine Nachbearbeitung erfordert. Durch die neutralen Farben können Teile aus diesem schwarzem, weißem oder grauen Harz gut lackiert werden.

Bunt geht es mit farbigem Resin zu. Damit kann praktisch in jeder Farbe 3D-gedruckt werden. Nachlackieren entfällt bei diesem Harz.

Rigid Resin wird mit Glas versetzt, sodass das Material sehr steif und formbeständig wird. Besonders für den Druck von dünnen Abschnitten und Details ist Rigid Resin daher optimal.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• Lüfterflügel, Turbinen
• Verteiler
• Gehäuse (Elektrik, Automotive)
• Halterungen, Werkzeugbau

Wenn eine besonders glatte, glänzende Oberflächenbeschaffenheit bei hoher Formbeständigkeit erforderlich ist – etwa für Einsatzgebiete, die minimale Reibung notwendig machen – dann ist Durable Resin das Material er Wahl.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• Scharniere, Schnappverschlüsse
• Verpackung von Konsumwaren
• Buchsen, Lager

Tough Resin kann hoher Spannungs- oder Dehnungsbelastung widerstehen und spielt daher vor allem beim Prototyping von strapazierfähigen Bauteilen seine Stärken aus.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• Robuste Prototypen
• Schnappverschlüsse, Rastnasen
• Baugruppen

Das weichste Harz, dass bei der Stereolithografie Anwendung findet, ist das Elastic Resin. Häufig werden damit Prototypen gefertigt, die sonst mit Silikon hergestellt werden. Aber auch andere Teile, die Biegungen, Dehnungen und Stauungen ohne Risse überstehen sollen, werden aus Elastic Resin (Shore-Härte 50A) gedruckt.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• Konstruktion von Prothesen
• Robotik
• Requisiten für Film & Theater
• Medizinprodukte, medizinische Simulatoren
• Prototyping für Wearables (z.B. Armbänder)

Flexible Resin ist nicht ganz so weich wie Elastic Resin, aber dennoch relativ flexibel (Shore-Härte 80A).Durch die mattschwarze Oberfläche mit Soft-Touch Haptik lassen sich damit Bauteile mit ergonomischen Eigenschaften realisieren.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• Dämpfung, Polsterung
• Ummantelungen, Griffe
• Prototyping für Wearables

Für detaillierte Prototypen, die Beständigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen müssen, ist High Temp Resin geeignet. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur bei diesem Kunstharz beträgt 238 °C bei einer Last von 0,45 MPa.

Beispiele für Einsatzgebiete:

• thermostabile Halterungen, Gehäuse und Vorrichtungen
• thermostabile Formen und Einsätze
• Teile in heißen Flüssigkeits-, Luft- oder Gasströmen

FDM steht für Fused Deposition Modeling (Schmelzschichtung), wobei diese Technologie auch als FFF (Fused Filament Fabrication) bekannt ist.

Das Verfahren wurde Ender der 1980er von S. Scott Crump entwickelt und in den 1990er Jahren durch seine neu gegründete Firma schließlich auch kommerziell angewendet. Als 2009 das Patent auf seine Technologie auslief, löste das eine Innovationswelle rund um die FDM 3D-Drucker aus. Vor allem die weltweite Bewegung "RepRap", die von dem Ingenieur Adrian Bowyer initiiert wurde, trieb die Entwicklung von Open-Source Druckern voran.

Das Verfahren ist wohl die einfachste unter den bestehenden 3D-Druck-Techniken und daher auch am weitesten verbreitet. Fused Deposition Modeling erfordert im Grunde drei Elemente: die Druckplatte (auf der das Objekt gedruckt wird), eine Spule Filament (sie liefert das Druckmaterial) und den Druckkopf (genannt Extruder). Mithilfe dieses Extruders wird das strangförmige Filament aufgeschmolzen und durch eine Düse gedrückt. Vorher wird das ursprüngliche 3D Modell in einem Slicing-Programm in ein maschinenlesbares Schichten- bzw. Linienmodell umgewandelt. Dieses Maschinenprogramm führt der Drucker dann Schicht für Schicht aus.

FDM ist sehr beliebt, da sich über diese Schmelzschichtung Prototypen besonders kostengünstig und schnell herstellen lassen. Die Auswahl an Materialien ist sehr groß, sodass Objekte verschiedene Eigenschaften erhalten können.

Nach dem Druck werden die Bauteil von der Stützstruktur, falls vorhanden, befreit. Darüber hinaus ist keine weitere Nachbehandlung mehr notwendig. Jedoch bieten wir Ihnen bei Bedarf an, die Bauteile im Nachhinein zu glätten, lackieren oder zu verkleben. Die Materialien erlauben es außerdem, Gewinde- oder Führungsbuchsen aus Metall einzusetzen.

GreenTEC PRO ist unser Standardmaterial, denn die Eigenschaften sind hohe Stabilität, gute Biegefestigkeit und geringes Warping (Materialschrumpfen) bei einer hochwertigen und geruchsfreien Oberfläche. GreenTEC PRO ist darüber hinaus biologisch abbaubar (nach DIN EN ISO 14855), lebensmittelecht und FDA-konform.

Eines der beliebtesten Materialien für den Filament Druck ist Acrylnitril-Butadien-Styrol, kurz ABS. Die Eigenschaften (Festigkeit, Flexibilität, Temperaturbeständigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Öle/Fette) und die Möglichkeiten in der Verarbeitung lassen eine Anwendung dieses synthetischen Polymers in vielen Bereichen zu. Abstriche muss man bei der Witterungsbeständigkeit und UV-Beständigkeit machen, daher sind Teile aus ABS weniger für den Außeneinsatz geeignet.

Ähnlich wie ABS besitzt ASA gute mechanische Eigenschaften und ist zudem UV beständig. Des Weiteren ist ASA resistent gegenüber viele Chemikalien. Dadurch ist es hervorragend für beanspruchbare Applikationen unter freiem Himmel geeignet.

Aufgrund des günstigen Preises eignet sich PLA vor allem für den Prototypenbau ohne Anspruch an Funktionen. Details können besser dargestellt werden als bei ABS (Optik), allerdings reagiert es stark auf höhere Temperaturen.

PETG besitzt gegenüber PLA verbesserte technische Eigenschaften und ist zudem gegen Feuchtigkeit sowie auch Chemikalien beständig. Durch die bestehende Flexibilität eignet sich das Material besonders gut für Clips o.ä.

Thermoplastisches Polyurethan, kurz TPU, wurde extra für das Filament 3D-Druck Verfahren entwickelt und kommt in einer Vielzahl von Industrieanwendungen zum Einsatz. Zu den Eigenschaften von TPU gehören eine ausgezeichneten Wärmeformbeständigkeit bis 115 °C, eine Dehnbarkeit von bis zu 470% und gute Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien. TPU ist darüber hinaus UV-beständig, sehr schlag- und bruchfest und ist in verschiedenen Shore-Härten verfügbar (Semisoft – Shore-Härte A 88; Medium – Shore-Härte A 98; Hard – Shore-Härte D 58).

ULTEM 1010 ist ein Polyetherimid (PEI) und sticht aus den verfügbaren Materialen für das FDM Druckverfahren durch die hervorragenden Eigenschaften bei Zugfestigkeit (81 MPa), Hitzebeständigkeit (216°C) und chemische Beständigkeit hervor. Ähnlich wie PEEK kommt es häufig in fortgeschrittenen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Chemieindustrie und der Medizintechnik zum Einsatz.

Polypropylen, kurz PP, ist extrem vielseitig und daher in vielen Branchen als gängiger Kunststoff vertreten. PP ist lebensmittelecht und weist bei einer geringen Dichte (0,9 g/cm³) trotzdem eine hohe Stabilität auf (Shore-Härte D50), sogar bei dünneren Strukturen. Neben guter chemische Resistenz ist PP auch für Spülmaschinen und für Mikrowellen geeignet. Da Polypropylen darüber hinaus auch lebensmittelecht (gemäß EU- und USA-Standards) ist, werden oft Teller, Tassen oder andere Gebrauchsgegenstände zur Aufbewahrung von Lebensmitteln aus diesem Material hergestellt. Inzwischen hat sich das Material als Filament im 3D Druck auch für Prototypen und technische Bauteile etabliert.

PC Filament basiert auf Polycarbonat, einem thermoplastischen Kunststoff. Fast jeder dürfte Polycarbonat schon in Form von CDs, DVDs oder BluRay Scheiben in der Hand gehabt haben. Das Filament wurde speziell für das 3D-Druckverfahren Fused Deposition Modeling (FDM) entwickelt. Mit dem farblosen, transparenten PC lassen sich Objekte und Teile mit exzellenter mechanischer Festigkeit, Hitzebeständigkeit und hoher Verwindungssteifheit realisieren.

Nylon Filament ist besonders haltbar, belastbar und zugfest, wenngleich es etwas schwieriger zu verarbeiten ist und zum Warping neigt. Nylon ist im 3D Druck beispielsweise für Schrauben, Zahnräder oder andere bewegliche Teile (Scharniere, Machinenteile) sehr gut geeignet. Es ist in der Regel weiß oder schwarz, lässt sich aber bei Bedarf auch im Nachhinein noch relativ einfach färben.